煤礦水文地質條件及礦井充水因素

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摘要：文章通過對賀西煤礦礦井水文地質條件、充水因素進行研究，認為礦井直接充水水源為二疊系砂巖裂隙水、石炭系太原組灰巖裂隙水，導水裂縫帶為主要充水通道。針對礦井充水因素，提出了防治水工作建議，為礦井安全開采提供科學依據。

關鍵詞：水文地質條件；充水因素；礦井涌水量

1礦井基本概況

賀西煤礦地處鄂爾多斯盆地東緣、河東煤田中段，呂梁市柳林縣陳家灣鄉一帶。本區地貌類型屬黃土丘陵區，地表水屬黃河流域三川河水系，多發育季節性河流。井田主體為一走向北西、傾向南西的單斜構造，地層傾角一般3-6°。上組煤采掘過程中揭露斷層168條，以小型正斷層為主；三維地震勘探、物探推斷小型疑似陷落柱4個、正斷層5條。井田大面積被第四系地層覆蓋，零星出露二疊系地層，以往鉆探揭露地層有：奧陶系中統上馬家溝組、峰峰組，石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組、下石盒子組和上統上石盒子組、石千峰組，新近系上新統和第四系。主要可采煤層為山西組3、4號煤層和太原組8、10號煤層，平均總厚11.9m，采用斜—立混合開拓、綜合機械化一次采全高采煤，全部垮落法管理頂板，生產規模300萬t/a。

2水文地質條件

2.1含水層

1）第四系松散孔隙含水層主要賦存于井田溝谷沖洪積層中，含水層以透鏡狀砂礫石層為主，厚0-5m，屬潛水，直接接受大氣降水及地表徑3流補給，弱富水，單井涌水量20-50m/d，礦化度一般小于500mg/L。2）二疊系砂巖裂隙含水層含水層主要由山西組K砂巖、下石盒子K、K砂巖、上345石盒子K、K砂巖及石千峰組K砂巖含水層組成。據鉆孔抽678水試驗資料，單位涌水量0.0001-0.0009L/s•m，滲透系數0.00032-0.0074m/d，水化學類型有HCO-Na型、HCO•CL-Na33型，礦化度大于1000mg/L，屬弱富水性。3）石炭系太原組灰巖巖溶裂隙含水層含水層主要為其中段所夾5層灰巖（L-L），厚約30m，15裂隙弱發育。據抽（放）水試驗，單位涌水量0.000066-0.0182L/s•m，滲透系數0.00247-0.01013m/d，水位標高810-630m，屬承壓水，水化學類型以HCO-（Na+K）型為主，礦化度800-31450mg/L。屬弱富水性，物探推斷局部存在相對富水區。4）奧陶系中統巖溶裂隙含水層本區屬柳林泉域巖溶水系統。峰峰組頂板埋深456-670m，含水層以二段灰巖、角礫狀灰巖為主，厚30-50m，裂隙弱發育。據抽（放）水試驗，單位涌水量0.00016-0.004766L/s•m，滲透系數0.000506-0.00864m/d，水位標高795-807m，屬承壓水，水化學類型以SO•HCO-Na、SO-434Ca為主，礦化度780-1184mg/L，屬弱富水性。上馬家溝組頂板埋深450-870m，含水層以灰巖、白云質灰巖為主，厚約160m，裂隙較發育。據抽（放）水試驗，單位涌水量0.2195-8.4705L/s•m，滲透系數0.1536-4.2419m/d，水位標高794-803m，屬承壓水，水化學類型主要為HCO•SO-Ca型，礦化度420-1170mg/L。屬中等—強富34水性，井田北部局部富水極強。

2.2隔水層

井田內主要隔水層自上而下有第四系底部隔水層、4號煤底板至太原組頂部隔水層、10號煤底板至奧灰頂部隔水層。其中，第四系底部隔水層主要為溝谷兩側坡上中更新統粘土，分布不連續；4號煤底板至太原組頂部隔水層主要由山西組和太原組泥巖、砂巖互層組成，厚21.4-36.0m，以泥巖、砂質泥巖、粉砂巖為主，鋁質泥巖、細粒砂巖次之；10號煤底板至奧灰頂板隔水層主要由太原組、本溪組地層組成，厚47.0-65.3m，以泥巖、鋁質泥巖、砂質泥巖、粉砂巖為主，石灰巖、中細粒砂巖次之。

3礦井充水因素分析

3.1充水水源

1）大氣降水通過對礦井涌水量資料統計分析，礦井涌水量與降水量正相關性較顯著，大氣降水通過入滲補給下伏含水層間接補給礦井，為礦井間接充水水源。2）地表水井田季節性河流雨季地表水間接補給二疊系砂巖裂隙含水層，或通過未封閉及封閉不良鉆孔、井筒等進入井下，為礦井間接充水水源，地表水體補給井下具有季節性變化特點。3）二疊系砂巖裂隙水煤層開采后頂板將遭到不同程度破壞，上組煤覆巖導水裂隙帶可達下石盒子組底部，使得二疊系砂巖含水層（K）為上組煤直接充水水源。44）石炭系太原組灰巖裂隙水上組煤大面積存在太原組灰巖裂隙水帶壓開采問題。3號煤帶壓區最大突水系數0.11MPa/m，井田中南部至北部為相對安全區，西南部、南部為突水威脅區，西部HX鉆孔6附近為危險區；4號煤帶壓區最大突水系數0.149MPa/m，井田中部以北、東北部為相對安全區，中南部為突水威脅區，西南、南部為突水危險區。8、10號煤導水裂隙帶最大高度可達二疊系下統下石盒子組下部，直接溝通二疊系K、K砂巖含水層與太原組L-431L灰巖含水層，成為下組煤直接充水水源。55）奧陶系巖溶水井田內3號煤大面積奧陶系巖溶水帶壓開采，4、8、10號煤全部帶壓開采，奧灰水為礦井間接充水水源。其中上馬家溝組含水層富水性中等—強、局部極強，為煤層下伏最具威脅充水水源。3、4號煤底板最大突水系數分別0.037MPa/m、0.041MPa/m，帶壓區均為相對安全區；8號煤底板最大突水系數0.071MPa/m，井田中部至北部為相對采安全區，南部為突水威脅區；10號煤底板最大突水系數0.098MPa/m，井田北部為相對安全區，中部—南部大部分區域為突水威脅區。6）采空區積水目前，井田及周邊分布上組煤7處采空積水區暫未發現老窯水分布。當采掘工程揭露或接近采空積水區時，會將采空區積水引入礦井。

3.2充水通道

1）斷層、陷落柱上組煤采掘過程中揭露構造以小型斷層為主，未發現陷落柱。推斷5條正斷層其構造破碎帶可能成為地下水聚集處，采動擾動后可能會成為導水斷層。推斷4個疑似小型陷落柱，從鄰礦井下揭露情況推斷井田內存在陷落可能性大。2）煤層采動頂、底板破壞帶3、4號煤導水裂隙帶最大高度分別43.2m、52.4m，底板最大導水破壞深度21.2m，4號煤底板距太原組灰巖頂部21-36m，導水裂隙帶可達K含水層，可溝通K含水層甚至到達L含435水層，使得二疊系砂巖裂隙水、太原組灰巖裂隙水進入礦井。8、10號煤導水裂隙帶最大高度分別64.0m、59.6m，可溝通太原組灰巖含水層與K含水層之間的聯系，局部可達34號煤采空區，成為地下水、采空區積水進入礦井的充水通道；10號煤底板最大導水破壞深度21.2m，距峰峰組頂界47-65m，在無導水構造、陷落柱的情況下，下組煤底板采動破壞深度導通奧灰水可能性小。3）未封閉、封閉不良鉆孔及廢棄井筒上組煤采掘過程中發現4個封閉不良鉆孔，出現漏、滲水現象。礦井采掘過程中需密切核查廢棄井筒、未封閉及已封閉鉆孔的封閉質量情況，防止其成為地表水、地下水與礦井的充水通道。

3.3充水強度

通過分析統計歷年礦井涌水量資料，礦井涌水量呈先增3大后逐漸減小趨勢，最大涌水量97.5m/h，近3年礦井平均

33涌水量

20.13m/h，最大涌水量28.0m/h，礦井涌水量與降水量、產煤量、開掘進尺之間的正相關性較顯著。

4結論

1）礦井直接充水水源主要為二疊系砂巖裂隙水、石炭系太原組灰巖裂隙水，下組煤開采掘最大威脅為上馬家溝組巖溶含水層通過導水構造形成的突水。導水裂縫帶為礦井主要充水通道，其次為構造、未封閉和封閉不良鉆孔。2）井田上馬家溝組含水層富水性差異明顯，需加強上馬家溝組含水層水文地質條件研究工作，重視隱伏構造、陷落柱探查工作。3）石炭系太原組灰巖含水層局部存在相對富水區，水害防治以超前探放為主，需密切關注石炭系上組煤底板涌水情況，防止太原組灰巖裂隙水與瓦斯共同涌出。

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作者：廖華愛 單愛位：山西省煤炭地質水文勘查研究院